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Building automation ed efficienza energetica: metodologia di valutazione del risparmio energetico conseguibile mediante controllo integrato dell'illuminazione e delle protezioni solari

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In questi anni assistiamo ad un rinnovamento dell’interesse verso le fonti rinnovabili di energia e l’efficienza energetica, ormai riconosciute come uniche soluzioni di molteplici urgenze: da un lato economiche legate all’aumento del prezzo degli idrocarburi, dall’altro sociali derivanti da una sensibilità ambientale sempre più diffusa. In verità il problema dell’efficienza energetica è molto complesso, specialmente in edilizia, dove è assai difficile fare discorsi omnicomprensivi poiché ogni edificio è un mondo a sé, sia per le caratteristiche architettoniche che per l’utilizzo a cui è destinato. Perciò risulta complicato prevedere i benefici energetici ed economici delle diverse soluzioni architettoniche ed impiantistiche, anche le più semplici ed intuitive. Esistono poi delle possibilità innovative ed interessanti i cui benefici sono materia oscura (al pari dei bosoni di Higgs!).

Il motore della tesi è stata la necessità di disporre di strumenti di calcolo semplici ed affidabili per la valutazione dei benefici energetici delle nuove tecnologie applicate all’edilizia. Il lavoro si è concentrato sull’evoluzione del daylighting design sfruttando le possibilità offerte dalla building automation e dalla domotica. Il daylighting design (testualmente: progettazione a luce diurna) si basa su un concetto molto antico: sfruttare nel modo più opportuno la luce naturale per l’illuminazione dei locali. Il giusto apporto di luce naturale produce molteplici benefici: limita l’utilizzo di illuminazione elettrica, riduce la necessità di climatizzazione estiva e, non da ultimo, ha un’influenza positiva sull’umore degli occupanti. Grazie all’introduzione dell’elettronica in edilizia (building automation e domotica) è possibile controllare in modo innovativo l’illuminazione dei locali agendo contemporaneamente sulle tapparelle e sull’illuminazione elettrica (dimming) in base alla disponibilità di luce solare. Il risultato è un’illuminazione sempre ottimale ed una riduzione dei consumi elettrici.

Scopo della tesi è produrre uno strumento di calcolo che affondi le sue radici nei più complessi modelli matematici che simulano il comportamento energetico ed illuminotecnico degli edifici e dei sistemi di building automation. A dispetto di tale complessità, lo strumento deve presentarsi sotto un’interfaccia flessibile e di facile fruizione che possa essere applicata anche senza avvalersi di supporti informatici. Data la complessità di tali modelli, assolutamente non gestibile a mano, si è optato per un processo di reverse engineering in cui, a partire dalle simulazioni energetiche di un gran numero di locali con diverse caratteristiche architettoniche ed impiantistiche, si è poi risaliti tramite regressione, alle relazioni che legano i consumi energetici alla tipologia di locale. In questo modo si è arrivati a produrre dei semplici grafici tramite i quali chiunque potrebbe stimare in pochi minuti il beneficio energetico della building automation nel caso specifico.

Le simulazioni sono state eseguite tramite EnergyPlus, un software pubblico implementato dal Lawrence Berkeley Nation Lab dell’Università della California per conto del governo degli Stati Uniti. Sono stati inoltre implementati altri due software per la creazione dei file di input alle simulazioni e per la gestione e l’analisi dell’enorme mole di dati di output (7’014 simulazioni annuali ad intervalli di 10 minuti, 1’474’623'360 dati di output). La tesi è inoltre corredata da un terzo software (LENImanager) che permette il calcolo del risparmio in modo ancora più rapido e intuitivo, prevedendo anche un confronto con i valori suggeriti dalla norma EN15193 sui sistemi automatici d’illuminazione.

I risultati di questa tesi potranno essere di duplice utilità: in fase progettuale sotto forma di indicazione della configurazione energeticamente ottimale e in fase analitica come valutazione della situazione esistente e determinazione degli interventi più efficaci tra quelli possibili.


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  Introduzione    7      Introduzione    In  questi  anni  assistiamo  ad  un  rinnovamento  dell’interesse  verso  le  fonti  di  energia  rinnovabili e verso  l’efficienza energetica nella  sua accezione più generale. Questa esigenza  nasce come chiave di volta di molteplici problematiche: da un  lato quelle economiche  legate  all’aumento  del  prezzo degli  idrocarburi,  dall’altro  quelle  sociali  derivanti  da  una maggiore  “responsabilità  ambientale”  e  da  una  crescente  necessità  di  ritorno  alla  natura.  E’  ormai  chiaro  che  il  rapporto  uomo‐natura  portato  avanti  fino  ad  ora,  basato  sullo  sfruttamento  indiscriminato  delle  risorse,  non  è  più  sostenibile,  ed  il  degrado  ambientale  in  cui  siamo  costretti a vivere ne è una prova continua. Anche il mondo politico, seppure con lentezza, si è  attivato in questa direzione, e dal lontano 1998, quando venne ratificato il Protocollo di Kyoto,  molti provvedimenti discendenti da esso sono entrati gradualmente a far parte della vita dei  cittadini dei Paesi aderenti, come la certificazione energetica degli elettrodomestici o le classi  di emissione di inquinanti per le automobili.     Al momento attuale l’interesse maggiore è focalizzato sull’edilizia, poiché è un settore in  cui lo sviluppo tecnologico ha avuto un impatto molto modesto se paragonato ad altri ambiti.  Da  trent’anni  a  questa  parte  dispositivi  tecnologici  sempre  più  avveniristici  sono  diventati  parte  integrante della nostra vita, ma a guardarla bene,  la nostra casa non è poi così diversa  da quella dei nostri genitori o addirittura dei nostri nonni. A riguardo, in questi ultimi quindici  anni  vi  è  stato  un  forte  impulso  legislativo  comunitario  verso  due  obiettivi  paralleli  e  complementari:  l’efficienza  energetica,  e  la  produzione  di  energia  da  fonti  rinnovabili.  Constatiamo però che allo stato attuale, nonostante gli sforzi, la certificazione energetica degli  edifici è ancora un concetto poco chiaro e aperto alle più disparate interpretazioni. Le ragioni  di questa situazione vanno  fatte  risalire  in parte ad una normativa non ancora completa ed  esauriente, ed  in parte ad una reale difficoltà tecnica nel prendere  in considerazione alcune  delle problematiche energetiche in edilizia.       

Laurea liv.II (specialistica)

Facoltà: Ingegneria

Autore: Marco Cecconi Contatta »

Composta da 280 pagine.

 

Questa tesi ha raggiunto 3457 click dal 02/10/2008.

 

Consultata integralmente 2 volte.

Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.